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relatividad doblemente especial

La relatividad doblemente especial [ 1 ] [ 2 ] ( DSR ) – también llamada relatividad especial deformada – es una teoría modificada de la relatividad especial en la que no solo e...

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La relatividad doblemente especial [ 1 ] [ 2 ] ( DSR ) – también llamada relatividad especial deformada – es una teoría modificada de la relatividad especial en la que no solo existe una velocidad máxima independiente del observador (la velocidad de la luz ), sino también una escala de energía máxima independiente del observador (la energía de Planck ) y/o una escala de longitud mínima (la longitud de Planck ). [ 3 ] Esto contrasta con otras teorías que violan la simetría de Lorentz , como la Extensión del Modelo Estándar , donde la invariancia de Lorentz se rompe por la presencia de un marco de referencia preferido . La principal motivación de esta teoría es que la energía de Planck debería ser la escala donde los efectos de la gravedad cuántica, aún desconocidos, se vuelven importantes y, debido a la invariancia de las leyes físicas, esta escala debería permanecer fija en todos los marcos de referencia inerciales. [ 4 ]

Historia

Los primeros intentos de modificar la relatividad especial mediante la introducción de una longitud independiente del observador fueron realizados por Pavlopoulos (1967), quien estimó esta longitud en aproximadamente10 −15 metros  . [ 5 ] [ 6 ] En el contexto de la gravedad cuántica , Giovanni Amelino-Camelia (2000) introdujo lo que ahora se denomina relatividad doblemente especial, al proponer una realización específica de la preservación de la invariancia de la longitud de Planck.1,616 255 × 10 −35  m . [ 7 ] [ 8 ] Esto fue reformulado por Kowalski-Glikman (2001) en términos de una masa de Planck independiente del observador . [ 9 ] Un modelo diferente, inspirado en el de Amelino-Camelia, fue propuesto en 2001 por João Magueijo y Lee Smolin , quienes también se centraron en la invariancia de la energía de Planck . [ 10 ] [ 11 ]

Se ha constatado que, en efecto, existen tres tipos de deformación de la relatividad especial que permiten alcanzar la invariancia de la energía de Planck: como energía máxima, como momento máximo o ambas. Los modelos DSR posiblemente estén relacionados con la gravedad cuántica de bucles en 2+1 dimensiones (dos espacios, un tiempo), y se ha conjeturado que también existe una relación en 3+1 dimensiones. [ 12 ] [ 13 ]

La motivación de estas propuestas es principalmente teórica, basada en la siguiente observación: Se espera que la energía de Planck juegue un papel fundamental en una teoría de la gravedad cuántica ; estableciendo la escala en la que los efectos de la gravedad cuántica no pueden ser ignorados y nuevos fenómenos podrían volverse importantes. Si la relatividad especial se sostiene exactamente a esta escala, diferentes observadores observarían efectos de gravedad cuántica en diferentes escalas, debido a la contracción de Lorentz-FitzGerald , en contradicción con el principio de que todos los observadores inerciales deberían poder describir los fenómenos mediante las mismas leyes físicas. Esta motivación ha sido criticada, con el argumento de que el resultado de una transformación de Lorentz no constituye en sí mismo un fenómeno observable. [ 4 ] DSR también sufre de varias inconsistencias en la formulación que aún no se han resuelto. [ 14 ] [ 15 ] Más notablemente, es difícil recuperar el comportamiento de transformación estándar para cuerpos macroscópicos, conocido como el problema del balón de fútbol. [ 16 ] La otra dificultad conceptual es que DSR está formulado a priori en el espacio de momentos . Hasta el momento, no existe una formulación consistente del modelo en el espacio de posiciones .

Predicciones

Los experimentos realizados hasta la fecha no han observado contradicciones con la teoría de la relatividad especial.

Inicialmente se especuló que la relatividad especial ordinaria y la relatividad doblemente especial harían predicciones físicas distintas en procesos de alta energía y, en particular, la derivación del límite GZK sobre las energías de los rayos cósmicos de fuentes distantes no sería válida. Sin embargo, ahora está establecido que la relatividad doblemente especial estándar no predice ninguna supresión del límite GZK, a diferencia de los modelos donde existe un marco de referencia local absoluto , como las teorías de campo efectivas, por ejemplo, la Extensión del Modelo Estándar .

Dado que la DSR implica genéricamente (aunque no necesariamente) una dependencia energética de la velocidad de la luz, se ha predicho que, si existen modificaciones de primer orden en la energía sobre la masa de Planck, esta dependencia energética sería observable en fotones de alta energía que llegan a la Tierra desde estallidos de rayos gamma distantes . Dependiendo de si la velocidad de la luz, ahora dependiente de la energía, aumenta o disminuye con la energía (una característica que depende del modelo), los fotones de alta energía serían más rápidos o más lentos que los de menor energía. [ 17 ] Sin embargo, el experimento Fermi-LAT en 2009 midió un  fotón de 31 GeV, que llegó casi simultáneamente con otros fotones del mismo estallido, lo que excluyó tales efectos de dispersión incluso por encima de la energía de Planck. [ 18 ] Además, se ha argumentado que la DSR, con una velocidad de la luz dependiente de la energía, es inconsistente y los efectos de primer orden ya están descartados porque conducirían a interacciones de partículas no locales que se habrían observado hace tiempo en experimentos de física de partículas. [ 19 ]

Relatividad de De Sitter

Dado que el grupo de De Sitter incorpora de forma natural un parámetro de longitud invariante, la relatividad de De Sitter puede interpretarse como un ejemplo de relatividad doblemente especial, ya que el espaciotiempo de De Sitter incorpora una velocidad invariante, además del parámetro de longitud. Sin embargo, existe una diferencia fundamental: mientras que en todos los modelos de relatividad doblemente especial se viola la simetría de Lorentz, en la relatividad de De Sitter se mantiene como una simetría física. Una desventaja de los modelos habituales de relatividad doblemente especial es que solo son válidos en las escalas de energía donde se supone que la relatividad especial ordinaria deja de ser válida, dando lugar a una relatividad fragmentada. Por otro lado, se ha descubierto que la relatividad de De Sitter es invariante bajo un reescalamiento simultáneo de masa, energía y momento, y, por consiguiente, es válida en todas las escalas de energía.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Amelino-Camelia, Giovanni (1 de noviembre de 2009). «Relatividad doblemente especial: hechos, mitos y algunas cuestiones clave abiertas». Desarrollos recientes en física teórica . Ciencia estadística e investigación interdisciplinaria. Vol.  9. págs. 123–170 . arXiv : 1003.3942 . doi : 10.1142/9789814287333_0006 . ISBN  978-981-4287-32-6. S2CID 118855372 . 
  2. ↑ Amelino-Camelia, Giovanni (1 de julio de 2002). "Relatividad doblemente especial". Nature . 418 (6893): 34– 35. arXiv : gr -qc/0207049 . Bibcode : 2002Natur.418...34A . doi : 10.1038/418034a . PMID 12097897. S2CID 16844423 .  
  3. ↑ Amelino-Camelia, Giovanni (2010). "Relatividad doblemente especial: hechos, mitos y algunas cuestiones clave abiertas" . Symmetry . 2 (4): 230– 271. arXiv : 1003.3942 . Bibcode : 2010rdtp.book..123A . doi : 10.3390/sym2010230 .
  4. 1 2 Hossenfelder, S. (2006). "Interpretación de teorías cuánticas de campos con una escala de longitud mínima". Physical Review D . 73 (10) 105013. arXiv : hep-th/0603032 . Bibcode : 2006PhRvD..73j5013H . doi : 10.1103/PhysRevD.73.105013 . S2CID 34343593 . 
  5. ↑ Pavlopoulos, TG (1967). "Ruptura de la invariancia de Lorentz". Physical Review . 159 (5): 1106– 1110. Bibcode : 1967PhRv..159.1106P . doi : 10.1103/PhysRev.159.1106 .
  6. ↑ Pavlopoulos, TG (2005). "¿Estamos observando una violación de Lorentz en los estallidos de rayos gamma?". Physics Letters B . 625 ( 1– 2): 13– 18. arXiv : astro-ph/0508294 . Bibcode : 2005PhLB..625...13P . doi : 10.1016/j.physletb.2005.08.064 . S2CID 609286 . 
  7. ↑ Amelino-Camelia, Giovanni (2001). "Escenario comprobable para la relatividad con longitud mínima". Physics Letters B . 510 ( 1– 4): 255– 263. arXiv : hep-th/0012238 . Bibcode : 2001PhLB..510..255A . doi : 10.1016/S0370-2693(01)00506-8 . S2CID 119447462 . 
  8. ↑ Amelino-Camelia, Giovanni (2002). "Relatividad en espaciotiempos con estructura de corta distancia gobernada por una escala de longitud independiente del observador (Planckiana)". International Journal of Modern Physics D . 11 (1): 35– 59. arXiv : gr-qc/0012051 . Bibcode : 2002IJMPD..11...35A . doi : 10.1142/S0218271802001330 . S2CID 16161466 . 
  9. ↑ Kowalski-Glikman, J. (2001). "Cuanto de masa independiente del observador". Physics Letters A . 286 (6): 391– 394. arXiv : hep-th/0102098 . Bibcode : 2001PhLA..286..391K . doi : 10.1016/S0375-9601(01)00465-0 . S2CID 118984500 . 
  10. ↑ Magueijo, J.; Smolin, L. (2002). "Invariancia de Lorentz con una escala de energía invariante". Physical Review Letters . 88 (19) 190403. arXiv : hep-th/0112090 . Bibcode : 2002PhRvL..88s0403M . doi : 10.1103/PhysRevLett.88.190403 . PMID 12005620 . S2CID 14468105 .  
  11. ↑ Magueijo, J.; Smolin, L. (2003). "Invariancia de Lorentz generalizada con una escala de energía invariante". Physical Review D . 67 (4) 044017. arXiv : gr-qc/0207085 . Bibcode : 2003PhRvD..67d4017M . doi : 10.1103/PhysRevD.67.044017 . S2CID 16998340 . 
  12. ↑ Amelino-Camelia, Giovanni; Smolin, Lee; Starodubtsev, Artem (2004). "Simetría cuántica, la constante cosmológica y la fenomenología a escala de Planck". Classical and Quantum Gravity . 21 (13): 3095– 3110. arXiv : hep-th/0306134 . Bibcode : 2004CQGra..21.3095A . doi : 10.1088/0264-9381/21/13/002 . S2CID 15024104 . 
  13. ↑ Freidel, Laurent; Kowalski-Glikman, Jerzy; Smolin, Lee (2004). "Gravedad 2+1 y relatividad doblemente especial". Physical Review D . 69 (4) 044001. arXiv : hep-th/0307085 . Bibcode : 2004PhRvD..69d4001F . doi : 10.1103/PhysRevD.69.044001 . S2CID 119509057 . 
  14. ↑ Aloisio, R.; Galante, A.; Grillo, AF; Luzio, E.; Mendez, F. (2004). "Aproximación al espacio-tiempo a través de la velocidad en la relatividad doblemente especial". Physical Review D . 70 (12) 125012. arXiv : gr-qc/0410020 . Bibcode : 2004PhRvD..70l5012A . doi : 10.1103/PhysRevD.70.125012 . S2CID 2111595 . 
  15. ↑ Aloisio, R.; Galante, A.; Grillo, AF; Luzio, E.; Mendez, F. (2005). "Una nota sobre el enfoque tipo DSR del espacio-tiempo". Physics Letters B . 610 ( 1– 2): 101– 106. arXiv : gr-qc/0501079 . Bibcode : 2005PhLB..610..101A . doi : 10.1016/j.physletb.2005.01.090 . S2CID 119346228 . 
  16. ↑ Hossenfelder, Sabine (9 de julio de 2014). " El problema del balón de fútbol" . Simetría, integrabilidad y geometría: métodos y aplicaciones . 10 : 74. arXiv : 1403.2080 . Bibcode : 2014SIGMA..10..074H . doi : 10.3842/SIGMA.2014.074 . S2CID 14373748. Archivado del original el 19 de marzo de 2022. Recuperado el 16 de abril de 2022 . 
  17. ↑ Amelino-Camelia, Giovanni; Smolin, Lee (2009). "Perspectivas para restringir la dispersión de la gravedad cuántica con observaciones a corto plazo". Physical Review D . 80 (8) 084017. arXiv : 0906.3731 . Bibcode : 2009PhRvD..80h4017A . doi : 10.1103/PhysRevD.80.084017 . S2CID 9533538 . 
  18. ↑ Colaboración Fermi LAT (2009). "Un límite en la variación de la velocidad de la luz que surge de los efectos de la gravedad cuántica". Nature . 462 ( 7271): 331– 334. arXiv : 0908.1832 . Bibcode : 2009Natur.462..331A . doi : 10.1038/nature08574 . PMID 19865083. S2CID 205218977 .  
  19. ↑ Hossenfelder, S. (2009). "El problema de la caja en la relatividad especial deformada". arXiv : 0912.0090 [ gr-qc ].

Lecturas adicionales

  • Amelino-Camelia, Giovanni (2002). "Relatividad doblemente especial: primeros resultados y problemas abiertos clave". International Journal of Modern Physics D . 11 (10): 1643– 1669. arXiv : gr-qc/0210063 . Bibcode : 2002IJMPD..11.1643A . doi : 10.1142/S021827180200302X . S2CID 43004370 . 
  • Amelino-Camelia, Giovanni (2002). "Relatividad: tratamiento especial". Nature . 418 (6893): 34– 35. arXiv : gr-qc/0207049 . Bibcode : 2002Natur.418...34A . doi : 10.1038 / 418034a . PMID 12097897. S2CID 16844423 .  
  • Cardone, F.; Mignani, R. (2004). Energía y geometría: Una introducción a la relatividad especial deformada . World Scientific . ISBN 981-238-728-5.
  • Jafari, N.; Shariati, A. (2006). "Relatividad doblemente especial: ¿una nueva relatividad o no?". AIP Conference Proceedings . Vol.  841. pp. 462–465 . arXiv : gr-qc/0602075 . doi : 10.1063/1.2218214 . 
  • Kowalski-Glikman, J. (2005). «Introducción a la relatividad doblemente especial». Efectos de la escala de Planck en astrofísica y cosmología . Lecture Notes in Physics. Vol.  669. pp. 131–159 . arXiv : hep-th/0405273 . doi : 10.1007/b105189 . ISBN  978-3-540-25263-4.
  • Smolin, Lee (2006). «Capítulo 14. Partiendo de Einstein». El problema de la física: el auge de la teoría de cuerdas, la caída de una ciencia y lo que viene después . Boston, Massachusetts: Houghton Mifflin. ISBN 978-0-618-55105-7OCLC 64453453 .​ Smolin escribe para el lector no especializado una breve historia del desarrollo de la DSR y cómo se relaciona con la teoría de cuerdas y la cosmología .